電熱協同仿真的案例
SIwave IcePak 協同仿真實現電子系統散熱/電磁兼容協同設計
ANSYS最新的SIwave版本中，集成了SIwave-Icepak電熱協同仿真功能，設計者在SIwave一個軟件的界面環境中，就可以同時調用SIwave 直流仿真器和Icepak 三維散熱仿真器，進行電熱耦合分析，得到PCB工作時的電流密度分布以及溫度分布結果，幫助設計者提前評估溫度變化對PCB性能的影響，預判PCB上的溫度分布熱點，以便進行散熱設計。
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五分鐘看完SiP設計EDA流程
（圖片來源Mentor網站）
--------電熱協同仿真工具--------
◆ Celsius Thermal Solver 是業內針對從集成電路到物理部件全電子系統所設計的一款完整電熱協同仿真解決方案。Celsius Thermal Solver能夠與Cadence IC、封裝和基板設計平臺實現無縫集成。利用創新的多物理場技術應對這些挑戰。將實體結構有限元分析（FEA）與計算流體動力學（CFD）相結合，Celsius Thermal Solver可以在同一工具內完成系統分析。Celsius Thermal Solver幫助工程團隊結合電氣和熱力分析，進行電力和熱力流動仿真，從而獲得比傳統工具更精確的系統級熱力仿真結果。此外，Celsius Thermal Solver基于先進3D 結構中電力的實際流動，執行靜態（穩態）和動態（瞬態）電熱協同仿真，提供了對真實世界系統行為的預見性。
◆ Ansys最新的SIwave版本中，集成了SIwave-Icepak電熱協同仿真功能，設計者在單獨的SIwave軟件環境中，就可以同時調用SIwave 直流求解器和Icepak 三維散熱（CFD）求解器，進行電熱耦合分析，得到封裝或板級工作時的電流密度分布以及溫度分布結果，幫助設計者提前評估溫度變化對封裝及PCB性能的影響，預判溫度分布熱點，以便進行散熱設計。
（圖片來源Ansys網站）
--------熱力結合仿真工具--------
◆ 作為Ansys的核心產品之一，Ansys Mechanical是使用最廣泛的的通用結構力學仿真分析系統。以結構力學分析為主，涵蓋線性、非線性、靜力、動力、疲勞、斷裂、復合材料、優化設計、概率設計、熱及熱結構耦合、壓電等分析中幾乎所有的功能，全面集成于ANSYS新一代協同仿真環境ANSYS Workbench中。
展開 技術分享丨淺談SiP系列-常用軟件工具篇（上）
SystemSI-PBA的前仿真能力（包括3D全波Via-wizard建模能力）確保精確的寬帶模型能夠快速產生并與其他系統模塊連接。而后仿真能力允許用戶加入優化的、包含更多細節信息的實際版圖模型并進行最終的驗證分析。所有的SI效應如導體/介質損耗、反射、ISI碼間干擾、串擾以及同步翻轉噪聲（SSN）等都能在一個仿真引擎中同步考慮。其非理想電源仿真能力能精確模擬真實PDN噪聲對信號的干擾。
電源完整性
? Celsius
Celsius Thermal Solver 是業內針對從集成電路到物理部件全電子系統所設計的一款完整電熱協同仿真解決方案。Celsius Thermal Solver能夠與Cadence IC、封裝和基板設計平臺實現無縫集成。利用創新的多物理場技術應對這些挑戰。將實體結構有限元分析（FEA）與計算流體動力學（CFD）相結合，Celsius Thermal Solver可以在同一工具內完成系統分析。Celsius Thermal Solver幫助工程團隊結合電氣和熱力分析，進行電力和熱力流動仿真，從而獲得比傳統工具更精確的系統級熱力仿真結果。此外，Celsius Thermal Solver基于先進3D 結構中電力的實際流動，執行靜態（穩態）和動態（瞬態）電熱協同仿真，提供了對真實世界系統行為的預見性。
? PowerDC
PowerDC 能對IC封裝提供快速準確的直流分析和電熱協同分析，是一款能對基板和IC封裝設計進行電熱協同仿真分析的工具，其提供了一個詳細的工作流程幫助仿真工程師發現設計中隱含的直流壓降問題、電流密度問題和熱可靠性問題。PowerDC能支持多Die堆疊的封裝設計，能進行復雜設計的DRC檢查，可以得到Die、過孔和封裝等各組件的溫度，還可以得到JEDEC定義的各種封裝熱參數模型。
展開 2.5D/3D芯片-封裝-系統協同仿真技術研究
EDA仿真工具的不斷發展，通過基于芯片模型的CPS協同多物理場耦合仿真技術，能夠讓設計者更加高效的應對這些挑戰，也是目前主流的仿真手段，在本文介紹的流程中，通過CPM/CSM/CTM等芯片模型的使用，可以在系統仿真時更加準確的獲取芯片的特性，使得芯片設計與封裝/PCB設計更加緊密的結合在一起，進行協同仿真驗證，同時基于電、熱的雙向耦合等方法，也大大提高了系統仿真的精度。
但從發展趨勢看，各EDA廠家的發展思路和方向仍有一些區別，在電磁仿真方向上，有的工具引入更多的模型自動簡化功能降低仿真計算量，有的工具通過快速算法提高仿真效率，但以上兩種方式都只適合于特定的模型及結構，對仿真精度要求較高的場景還是需要隨著計算機高性能計算技術的發展，不斷提高3D仿真器的效率，能夠實現全波3D仿真工具對Interposer/TSV等結構精細建模；在多物理場耦合仿真的方向上，電熱耦合/熱應力的耦合場景也會越來越多，傳統的仿真工具受限于計算機資源的限制，無法處理全芯片/Interposer模型，通過等效的模型描述芯片的熱特性，進行芯片/系統的熱環境信息交換，可有效提高仿真效率，也是目前主流的工具展方向， EDA工具在未來也會不斷提升芯片模型的信息及精度，進一步提高熱/結構的仿真精度。
展開 
電纜電熱耦合數值仿真 ￥500
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/ad2e8be310c544538a91afe60e406675.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p>基于COMSOL軟件的電磁-熱多物理場耦合相關模塊，仿真得到電纜的溫度場變化分布云圖和電勢分布云圖，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/e80c1f99d564433fadd843467d3c201b.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>溫度場分布云圖</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/394e583c028c4b25bfb58a15ad8df3cd.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>電勢分布云圖</strong></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 數值仿真結果</strong></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 Icepak和SIwave電熱耦合仿真
背景介紹
-隨著功率的增大，電熱仿真成為越來越多電子產品的必選項
-其中PCB散熱根據傳統的標準評估基本難以完成設計
-因此站在系統設計的視角，需要將熱耗不斷提升的PCB部分加入到系統評估中
-Icepak，專為電子產品工程師定制開發的專業電子熱分析軟件，使用經典的Fluent做為求解內核
1）在一個界面內完整電熱雙向耦合。
2）SIwave完成直流電磁仿真。
3）Icepak完成系統熱流體仿真。
-通過測試驗證，在自然和風冷散熱下尋找一種精度非常高的手段勢在必行
-在進行仿真工具精度的驗證之前，需要對影響精度的三大條件做基礎研究
-影響電熱仿真的三大基本條件分別是材料的熱導率，基礎電阻率以及實際加工銅厚
PCB的熱量來源
-開關/線性電源模塊
-PCB銅皮
-PCB上安裝的芯片
測試板設置
測試板按照IPC-TM650標準制作
基礎材料測試
仿真設置
環境溫度：25℃。
FR4熱導率：0.448。
銅皮電導率：50438000 S/m，if(Temp<26.2cel,1,1/(1+0.003865*(Temp-26.2))) 。
仿真溫度讀取
Icepak溫度場圖中，通過設置Marker，可以得到任何位置的準確溫度。
自然散熱仿測對比 – 25℃
在環境溫度25℃下，掃描不同的輸入電流，得到每個電流對應的溫升。
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
保存工程，點擊紅色三角形符合開始仿真，仿真結束可以右鍵Result Summary查看結果。在工程目錄下***_EX_CFD文件夾中會自動生成一個包含強制對流的CFD模型。
③ 導入CFD模型到FEA求解器中實施最終電熱仿真
FEA求解器的PCB板仿真中，打開之前仿真過設置好的demo.spd文件，在workflow中點擊Set up Thermal Simulation，選擇Generate Simplified CFD Model界面，取消Generate CFD Model的勾選。
選擇Setup Heat Transfer Coefficients界面，使能Use Defined CFD File選項，點擊Browse，指向剛才CFD仿真生成的.cfd文件，點擊Auto-match by Terminal Name，這樣通過CFD仿真得到的、真實準確的換熱系數就應用到PCB和元器件表面作為邊界條件了。
重新仿真，得到的結果如下，因為在機箱中使用風扇冷卻的強制對流，U99的最高溫度降到了59.8℃。
我們通過FEA-CFD電熱仿真方法，FEA和CFD求解器分工合作，分別應用于最適合的場景，實現了PCB在強迫對流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對流、熱傳導和電熱耦合效應。
展開 PCB電熱仿真方法及實例分析
③ 導入CFD模型到FEA求解器中實施最終電熱仿真
FEA求解器的PCB板仿真中，打開之前仿真過設置好的demo.spd文件，在workflow中點擊Set up Thermal Simulation，選擇Generate Simplified CFD Model界面，取消Generate CFD Model的勾選。
選擇Setup Heat Transfer Coefficients界面，使能Use Defined CFD File選項，點擊Browse，指向剛才CFD仿真生成的.cfd文件，點擊Auto-match by Terminal Name，這樣通過CFD仿真得到的、真實準確的換熱系數就應用到PCB和元器件表面作為邊界條件了。
重新仿真，得到的結果如下，因為在機箱中使用風扇冷卻的強制對流，U99的最高溫度降到了59.8℃。
我們通過FEA-CFD電熱仿真方法，FEA和CFD求解器分工合作，分別應用于最適合的場景，實現了PCB在強迫對流下的電熱耦合仿真，精確、高效地模擬熱對流、熱傳導和電熱耦合效應。
本文來自公眾號：封裝與高速技術前沿
展開 CFD仿真與測試協同創新,構建“仿真 + 實測”閉環
航空航天領域</strong></p><p>在燃油箱晃動仿真中，VirtualFlow的振蕩體積力模型與ECT成像技術協同工作，能夠優化防晃結構設計，滿足極端工況需求。在飛行器的飛行過程中，燃油箱的晃動會對飛行器的穩定性產生影響。積鼎科技的技術能夠有效解決這一問題，提升飛行器的性能和安全性。</p>
干貨 | ANSYS HFSS與Icepak電熱耦合仿真與計算
隨著通信產品小型化、高密化的發展趨勢，越來越多的射頻系統以模塊化的產品形態出現，而高頻性能、熱性能以及結構性能是射頻模塊的重要衡量指標；ANSYS射頻模塊多物理場仿真方案可以協同考慮電磁、熱、結構之間的相互效應和影響，為射頻模塊設計提供一體化仿真方案。本文主要介紹ANSYS HFSS與Icepak軟件進行電磁—熱流的耦合仿真。
在HFSS中計算的金屬層模型表面損耗和介質層模型的體積損耗作為熱源，導入Icepak中進行強迫風冷的計算，使用HFSS與Icepak進行電熱單向耦合計算的流程如圖所示：
1.ANSYS HFSS 的設置與計算
首先使用HFSS對模型進行材料、邊界和激勵條件以及求解條件的設置，計算金屬層模型表面損耗和介質層模型的體積損耗，作為Icepak的熱源。體積功率的損耗，包括具有線性材料特性的物體的歐姆損耗、電介質損耗及磁損耗（需要到物體內部進行求解），其表達式為
表面功率損耗是由所有外在的及內在的表面阻抗邊界條件所引起的，其表達式為
外在的表面阻抗邊界條件包括有限導體邊界條件、阻抗邊界條件、層間阻抗邊界條件、集總RLC邊界條件、不對內部求解的導體。
展開 starccm實現COMSOL案例----微執行器電熱耦合仿真
微制動器-電熱耦合仿真.sim
本文是通過starccm軟件來復現comsol中的微執行器案例，進行電熱耦合分析。相應的模型圖如下
對應的電邊界條件：
熱邊界條件：
starccm實現
幾何：
網格：
物理連續體設置：
區域設置：
結果：
溫度分布
案例分享 | 用Adams-Marc協同仿真對車輛極端負載狀況進行仿真
圖7.接觸力比較：
實物試驗與協同仿真結果對比
在工程師調整了仿真模型中的 Y 坐標并進行了另一次協同仿真之后，所生成的黑色曲線就非常接近實物試驗的結果了。在進行這次嘗試時，只將螺釘作為一種假設添加到 Marc 模型中，而不是對螺釘本身進行精細建模，這樣就可以解釋協同仿真結果與試驗結果之間余下的差異。
經進一步分析，在協同仿真結果與試驗結果之間呈現出更好的相關性，出于保密原因，本文無法給出這些圖表。此外，將 Adams 和 Marc 結果文件讀入 CEI Ensight 中，還可以制作協同動畫（圖 8）。
圖8.采用Adams和Marc的數據、在CEIEnsight中實現的可視化的寶馬汽車凸起碾壓協同動畫圖片
總之，采用 Adams-Marc 協同仿真方法，汽車 OEM 工程師和 MSC 在一天之內就能找到實物試驗結果與仿真結果之間良好的相關性，這表明即使在極端負載狀況下，也可以利用這種協同仿真技術準確而有效地預測車輛的動力學負載。
參考文獻
1.Adams Marc 協同仿真特別興趣小組聯合運用多物理場仿真（MKS）和非線性有限元法（FEM），C. Kopp、H. Krings、R. Bosbach（MSC 軟件公司），德國柏林，2017 年 11 月
2.采用非線性有限元分析（FEA）和多體動力學（MBD）的協同仿真
3.“2018 德國國際工程分析學會計算與仿真年會——應用、發展與趨勢”，C. Kopp、H.
展開 軌道電磁炮技術的多場耦合仿真----電熱 結構 溫度耦合
位移和時間的關系
4.電熱、結構和溫度耦合仿真
根據前面的結果可以獲取電磁炮彈的受力以及移動位移和時間的關系，這些數據都是運動相關的結果，那么根據發熱原理，可以知道溫度的仿真需要考慮電流的焦耳熱、摩擦熱、電弧高溫熱、高溫物體熱傳導。這些結果在仿真分析中，我們采用直接耦合的方法來完成，即電熱結構耦合場分析.為了展示動態效果，本次分析采用瞬態分析，查看運動和溫升的過程.
4.1分析模型
仿真模型采用2D模型，并且由于上下對稱采用一半的模型來分析，簡化分析過程和計算時間，模型如圖所示
2D仿真模型
模型網格劃分-對稱顯示
4.2分析單元及材料
在ANSYS中可以完成電熱結構耦合的分析三維的為226單元，二維的分析采用223單元.
材料設定為銅導體，設置材料相應的密度，彈性模量、電阻率、熱傳導系數、比熱容等與電、熱、結構分析相關的物理屬性。
4.3邊界條件的設定
本次瞬態仿真分析考慮的因素較多，因此從以下幾個方面來考慮仿真設置。
（1）材料按照實際情況給定不同的物體。
（2）炮彈和導軌的接觸需要修改相關接觸單元的關鍵字，更改為考慮摩擦，設置摩擦系數0.3；考慮電流的傳導，更改關鍵字考慮電流傳遞；考慮熱量的傳遞，更改接觸關鍵字設置相應的熱阻或完好接觸來傳遞熱量。
展開 設計仿真 | 基于SimManager多學科協同仿真流程構建和應用
需要應用不同學科的仿真軟件，包括控制仿真、結構仿真、動力學仿真、電磁效應仿真、熱仿真等。
因仿真涉及多個學科，存在多變量、多目標、多約束的復雜情況，而且各個學科之間的變量之間可能還存在著耦合關系。在產品開發過程，如何考慮多學科集成設計、性能優化、成本、時間周期等諸多重要因素，在中間找到最佳的平衡點和數據耦合成為至關重要的問題。
基于這個需求，通過SimManager可構建基于流程任務的多學科協同仿真平臺，通過平臺串聯產品研發各流程模塊，并實現上下游分析任務的輸入/輸出傳遞，將仿真分析數據按照產品型號進行結構化層次管理，在任務流程中通過集成仿真分析軟件，實現仿真軟件按流程任務調用，并將相關知識與流程綁定，在任務執行中自動推送相關知識。
技術挑戰
實現多學科協同仿真流程，存在著如下的技術挑戰：
1. 通過交互方式動態構建多學科協同仿真流程，支持多學科、多部門之間的協同工作。
2. 工作任務拆解，將任務拆解為可執行的流程節點。
3. 構建的多學科仿真流程可發布、編輯、復用；建立多學科協同仿真流程共享數據庫和資源池。
4. 使仿真流程規范化，并對仿真執行過程實現監控。
解決方案
基于SimManager的多學科協同仿真流程方案包括仿真流程構建、仿真流程應用執行。
多學科協同仿真流程構建中，SimManager提供圖形化的流程定義界面，定義仿真任務的先后順序和邏輯關系。指定各個節點仿真任務的負責人、計劃時間等任務信息,指定任務節點的輸入輸出數據（參數和文件等）,定義任務的激活條件。對于流程節點的關系，支持循環、判斷、并行、串行及支持嵌套子流程等方式，下面為流程構建界面的示意圖。
展開 新一代電熱耦合仿真平臺AEDT Icepak實操搶鮮體驗
本人原創，原文首發于個人公眾號：贏仿設計(二維碼在文末)。
===================分割線，以下為正文======================
1. 前言
從19版本開始，經典版Icepak的部分功能被集成在Ansys Electronics Desktop界面內，更注重電和熱的耦合，可以在一個界面內完成與HFSS、MAXWELL、Q3D等的雙向耦合分析。其自帶教程波導元件和線圈講解的主要是求解和后處理部分，但限于篇幅對幾何建模部分沒有過多展開。本文分享了近期的操作體驗，并簡略說明了與經典Icepak的不同。
2. 區別于經典Icepak的項目管理
經典Icepak中，每個Icepak任務只保持一個項目在當前界面，如果與HFSS或Maxwell做耦合分析，需要在Workbench平臺內建立數據鏈接。如下圖，AEDT界面內，可以同時打開多個項目(project4和project6)，每個項目內又可以建立多個任務(Icepak6-1，Icepak6-2和maxwell1)。任務可以在不同項目間拷貝粘貼。任務下的幾何元件和屬性，也可拷貝粘貼到同一項目或不同項目內的其它任務。任務間的切換，可以雙擊任務名，也可在主菜單window下選擇。
3. 鋁板傳熱問題的AEDT Icepak和經典Icepak對比
一鋁板，寬60高50厚4，發熱量4W，20度環境溫度下開放空間自然對流散熱。鋁板材料取系統默認AL-EXTRUDED，表面狀態取系統默認Steel-oxidised-surface。不考慮輻射。AEDT Icepak中建模如圖，
重力方向-Y。計算域X向180，Y向240，Z向40，6個面均為opening。網格設置如圖:
生成網格如下圖，單元數14416，可見為非結構化網格。
鋁板的網格見下圖，雖然在前面網格設置中
展開 